基于GIS的貴州稻田土壤養分管理分區

童倩倩，李莉婕，趙澤英，孫長青，舒 田，彭志良

(貴州省農業科學院 農業科技信息研究所，貴州 貴陽 550006)

基于GIS的貴州稻田土壤養分管理分區

童倩倩，李莉婕，趙澤英*，孫長青，舒 田，彭志良

(貴州省農業科學院 農業科技信息研究所，貴州 貴陽 550006)

【目的】為貴州稻田土壤養分進行合理的管理，進而推薦水稻種植的科學施肥，最終實現水稻種植的高產高效。【方法】運用GIS技術，采用二級分區方法，以積溫、海拔、地形地貌、土壤類型以及土壤養分作為指標，對貴州稻田土壤進行養分管理分區。【結果】以地形地貌、水稻土類型分布、有效積溫、海拔為分區指標將貴州稻田土壤劃分為6個一級分區，在一級分區的基礎上加入土壤養分指標劃分 9個土壤養分管理分區。【結論】通過對稻田土壤養分管理分區規劃，將貴州分繁復雜的有效積溫、地形地貌、土壤類型、土壤養分等進行有序的歸類。

GIS；稻田；土壤養分；分區；貴州

【研究意義】對土壤養分進行分區是管理好土壤養分，進行合理科學施肥的基礎，是關系到我國農業可持續發展的重大技術問題。【前人研究進展】近幾年來，國內有不少針對不同區域下的土壤養分進行管理分區的研究。白由路[1]、李翔[2]等通過土壤養分的空間變異特征和空間自相關性進行土壤養分管理分區的模型、方法研究。郭澎濤[3]等在地形因子、成土母質、氣候變量和植被指數等多源環境變量的條件下運用模糊 C均值聚類法對橡膠園進行土壤管理分區，研究表明不同管理分區之間土壤屬性和環境變量的差異性均達極顯著水平(P<0.01)。黃紹文等[4]采用傳統統計和地統計相結合的方法對玉田縣糧田耕層土壤養分進行空間變異特征與分區管理技術研究表明，分區平衡施肥能大幅度增加作物產量和顯著提高經濟效益，小麥和玉米產量分別增加10.9 %～13.1 %和14.3 %～21.7 %，經濟效益分別提高590～ 747和724～1343 元/hm2。武德傳等[5]利用地統計學和模糊c-均值聚類算法，根據貴州省黔南州山地植煙土壤養分差異性將研究區域劃分為2個管理區，分區內土壤養分趨于同質化，而分區之間趨于異質化。【本研究切入點】然而，目前關于貴州水稻種植分區的報道主要是以氣候條件為主，從溫度、日照、降雨等條件為參考因素進行的稻作區劃[6-8],已無法滿足對大區域尺度下的水稻種植進行施肥指導。【擬解決的關鍵問題】因此，筆者在考慮水稻種植氣候條件的基礎上加入土壤養分指標，對貴州稻田進行土壤養分管理分區。從而為建立各區域水稻施肥配方提供基礎數據，為水稻施肥決策和施肥管理水平提供基礎依據，對貴州測土配方施肥更具實際指導意義。

1 材料與方法

1.1 基礎數據來源

依托測土配方施肥項目的實施，采集全省9個地(州、市)水稻種植區域的177 944個稻田代表性耕層土壤測定的養分數據，建立貴州稻田土壤屬性數據庫，包括土壤養分等定量測試數據和土壤灌溉、排水等定性調查數據，共計52個字段，913 069條記錄，47 479 588個數據項，數據存儲量達到3G。采用1∶1萬土地利用現狀圖，1∶5萬土壤圖，1∶1萬地形圖等基礎圖件，建立了貴州稻田土壤空間數據庫，數據庫存儲量達到20G。

1.2 分區指標選擇

稻田土壤養分分區不同于一般的土壤分區，是以水稻為對象的土壤分區，土壤的養分情況受到水稻種植的影響，因此，在分區時需考慮水稻生產狀況。由于水稻的種植具有明顯的地域性和季節性，因此分區指標應充分考慮地形地貌、水稻土類型分布、有效積溫、海拔和土壤養分5個因素。

1.2.1 積溫 水稻是喜溫作物，溫度直接影響著水稻生長發育快慢、品種布局、產量和品質、分布界線和栽培技術。貴州大部分地區≥10 ℃活動積溫達3500～5500 ℃。南部邊緣和赤水河谷有2個多值區，其活動積溫≥5500 ℃，南部邊緣最多可達6000 ℃；東北部地區有1個次多值區，積溫5000～5500 ℃；開陽、丹寨、獨山有2個次少值區，積溫≤4000 ℃；西北部為少值區，積溫≤3500 ℃。

1.2.2 海拔 貴州地勢西高東低，由中部向北、東、南3面傾斜，形成西、中、東3個階梯和南北2個斜坡的梯狀地面。全省水田海拔為200～2400 m，平均海拔為866.54 m。水田海拔主要集中在600～1500 m，其中，600～1000 m水田面積比例為48.03 %，1000～1500 m水田面積比例為35.50 %。貴州東部地區水稻種植的海拔上限為1300～1400 m；中部地區則升至1600～1700 m；到西部的威寧、盤縣一帶升至1900～2000 m。

1.2.3 地形地貌 由于貴州地處高原邊緣的斜坡地帶，河流下切侵蝕強烈，加上喀斯特地貌分布廣泛，出露面積大，形成了山路崎嶇、槽谷縱橫，河谷、盆地、丘陵、平壩及高山等多種地貌交錯、相間分布，影響著熱、水、光和土壤等要素的再分配和組合。甚至在同一縣、鄉鎮也存在著平壩、高山等不同的水稻種植區域分布，故立體氣候顯著，類型多樣。貴州水田主要集中在低中山上，面積比例為34.88 %，隨后的順序依次是低山、中丘、低丘、中盆地、中中山和低盆地，面積比例分別為33.08 %、9.69 %、9.63 %、4.10 %、4.29 %和3.32 %。

1.2.4 土壤類型 水稻土是由多種地帶性或非地帶性土壤經過水耕熟化和旱耕熟化交替影響下形成[9]。淹育型水稻土主要分布在銅仁地區的沿河縣、德江縣、思南縣、石阡縣、印江縣、松桃縣和德江縣一帶；遵義市的湄潭縣、習水縣和道真縣一帶。潴育型水稻土則主要分布在黔東南州從江縣、黎平縣、劍河縣、天柱縣和黃平縣；黔南州的惠水縣、平塘縣、獨山縣、甕安縣、都勻市和貴定縣一帶。滲育型水稻土主要分布在遵義市。漂洗型水稻土、潛育型水稻土和脫潛型水稻土在全省空間分布不集中，面積比例漂洗型水稻土、潛育型水稻土主要集中在黔南州和黔東南州，脫潛型水稻土則主要集中在黔東南州和銅仁市[10]。

1.2.5 土壤養分現狀 通過對全省913069個稻田土壤養分數據進行統計分析，得到各養分數據的范圍和平均值。全氮含量為0.33～6.9 g/kg，平均為2.07 g/kg。全氮含量>2 g/kg的面積占50.41 %，1～2 g/kg的為41.24 %，<1 g/kg的比例為8.35 %；有效磷含量為1.5～89.7 mg/kg，平均為16.06 mg/kg；速效鉀含量為6～596 mg/kg，平均值為119.48 mg/kg[10]。

1.3 分區方法

由于稻田土壤養分指標是一個復合型的指標，里面包括土壤全氮、有效磷和速效鉀，分區時需要綜合考慮，故采用二級分區法。即，先利用差異性較為明顯的地形地貌、水稻土類型分布、有效積溫、海拔等指標為依據建立稻田土壤一級分區(表1)。分區原則：保證自然生態條件一致，以一個元素為主，其他因素為輔。由于溫度決定了水稻能否生長的問題，因此一級分區以溫度為主，海拔、地貌、土壤類型為輔。

最后在一級分區的基礎上，利用稻田土壤養分的空間差異性進行土壤養分管理分區，即二級分區。土壤養分分級標準按照第二次土壤普查的養分分級標準劃分(表2)。土壤養分含量分為6級，分別代表極豐富、豐富、最適宜、適宜、缺乏和極缺乏；同時又可簡單分為高、中、低3級。

表1 稻田土壤一級分區指標

表2 貴州第二次土壤普查分級標準

2 結果與分析

2.1 稻田土壤一級分區

一級分區要求連片，區內求大同存小異，以行政村為最小單元，保證行政村界的完整。分區按照地貌即貴州水稻土亞類的順序進行命名。一級分區分為6個區(圖1)，Ⅰ區為丘陵河谷滲育型水稻土區，Ⅱ區為低山丘陵河谷淹育型水稻土區，Ⅲ區為低山丘陵河谷潴育型水稻土區，Ⅳ區為低中山丘陵潴育、滲育型水稻土區，Ⅴ區為中山丘陵滲育型水稻土區，Ⅵ區為高原丘陵滲育型水稻土區。

圖1 稻田土壤的一級分區Fig.1 Distribution of six first-grade paddy soil subareas in Guizhou

2.2 稻田土壤養分管理分區

參考第2次土壤普查的土壤養分分級標準，利用ArcGIS制作出水稻土養分分級圖。將養分分級圖與稻田土壤一級分區圖進行疊加，劃分出稻田土壤養分管理分區。分區命名規則是在一級分區的基礎上增加養分的高、中、低描述。稻田土壤養分管理分區分為9個區(圖2)。

(1)Ⅰ-1丘陵河谷滲育型水稻土中氮中磷中鉀區。包括省北部的赤水河谷地區，共計223個村。以低山丘陵河谷為主，年有效積溫在5500 ℃以上，土壤類型主要為滲育型水稻土，土壤全氮含量主要集中在0.75～1 g/kg，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效鉀主要集中在50～150 mg/kg。

(2)Ⅰ-2丘陵河谷滲育型水稻土高氮中磷中鉀區。包括省南部邊緣的興義、安龍、冊亨、望謨、羅甸、平塘、獨山、荔波、從江、三都、榕江等部分地區和貞豐、晴隆、關嶺、鎮寧等北盤江河谷地帶，共計1787個村。以低山丘陵河谷為主，年有效積溫在5500 ℃以上，土壤類型主要為滲育型水稻土，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效鉀主要集中在50～150 mg/kg。

(3)Ⅱ低山丘陵河谷淹育型水稻土高氮中磷中鉀區。該區域包括省北部習水、桐梓、正安、綏陽、務川縣等部分區域和道真縣以及省東北部的沿河、印江、松桃、江口、碧江、石阡、思南和鳳岡、德江的部分區域，共計2048個村。以低山丘陵河谷為主，年有效積溫在4500～5500 ℃，土壤以淹育型水稻土為主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷在5～20 mg/kg，速效鉀在50～150 mg/kg。

(4)Ⅲ-1低山丘陵河谷單潴育型水稻土高氮中磷中鉀區。該區域包括省東部的岑鞏、玉屏、萬山、天柱、錦屏、鎮遠、施秉、劍河、三穗等全縣以及雷山、臺江、榕江、萬山、江口、黃平、余慶等部分區域，共計1477個村。以低山丘陵河谷為主，年有效積溫在4500～5500 ℃，土壤以潴育型水稻土為主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效鉀在50～150 mg/kg。

(5)Ⅲ-2低山丘陵河谷潴育型水稻土高氮中磷低鉀區。該區域包括本省東南部的劍河、錦屏、榕江和從江部分區域，共計479個村。以低山丘陵河谷為主，年有效積溫在4500～5500 ℃，土壤以潴育型水稻土為主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效鉀主要集中在50 mg/kg以下。

(6)Ⅳ-1低中山丘陵潴育、滲育型水稻土高氮高磷中鉀區。該區域位于貴州省北部，包括遵義縣、匯川區、紅花崗區、習水、桐梓、綏陽、鳳岡、湄潭、正安、道真、思南、沿河、德江等縣區部分區域，共計1478個村。年有效積溫在3500～4500 ℃，土壤以潴育型水稻土和滲育型水稻土為主，土壤全氮含量(7)Ⅳ-2低中山丘陵潴育、滲育型水稻土高氮中磷高鉀區。該區域位于貴州省中部，范圍最大，包括貴陽市3縣6區全部村，甕安、福泉、龍里、麻江、凱里、都勻、惠水、平壩、西秀、普定全部村以及金沙、黔西、大方、織金、余慶、雷山、臺江、獨山、三都、荔波、關嶺、六枝等部分區域，共計7227個村。年有效積溫在3500～4500 ℃，土壤以潴育型水稻土和滲育型水稻土為主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在20 mg/kg以上，速效鉀主要集中在150 mg/kg以上。

圖2 稻田土壤養分管理分區Fig.2 Distribution of nine paddy soil nutrient management subareas in Guizhou

主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在20 mg/kg以上，速效鉀主要集中在50～150 mg/kg。

(8)Ⅴ中山丘陵滲育型水稻土高氮中磷高鉀區：該區域位于省的西南部，包括盤縣、普安、晴隆、興仁、貞豐、興義、安龍和冊亨的部分區域，共計1195個村。以中山丘陵為主，年有效積溫在4500～5000 ℃，土壤以滲育型水稻土為主土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效鉀主要集中在150 mg/kg以上。

(9)Ⅵ高原丘陵滲育型水稻土中氮中磷中鉀區。該區域位于省西北部，包括威寧、赫章、七星關、大方、納雍、水城、鐘山以及織金、六枝、普安、盤縣的部分區域，共計3288個村。該區域以高原丘陵為主，年有效積溫在≤3500 ℃，土壤以滲育型水稻土為主，土壤全氮含量主要集中在0.75～1 g/kg，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效鉀主要集中在50～150 mg/kg。

3 討 論

劉文鋒[11]對貴州省內不同海拔區域，依據地形地貌、氣候條件、土壤類型、土壤養分等因素進行貴州耕地施肥分區規劃，確定了3個一級分區。其中，Ⅰ區為紅壤、黃紅壤區，主要分布在黔東、黔東南、黔南、黔西南、黔西北等與湖南、廣西、四川接壤的低熱河谷地區；Ⅱ區為黃壤區, 主要分布在黔中、黔北丘原山地地區；Ⅲ區為黃棕壤、棕壤區, 主要分布在黔西、黔西南高原山地地區。將耕地較細劃分成11 個二級分區, 其中Ⅰ區4 個、Ⅱ區5 個、Ⅲ區2 個。楊昌達[6]以溫度為主，日照、雨量等條件為參考因素將貴州稻作劃分了6個分區。其中Ⅰ區為黔中溫和單季稻作區、Ⅱ區為黔東溫暖單雙季稻作區、Ⅲ區為黔西南溫和單季稻稻作區、Ⅳ區為黔南溫熱雙單季稻作區、Ⅴ區為黔北溫暖單雙季稻作區、Ⅵ區為黔西北溫涼單季粳稻作區。本研究在保證自然生態條件一致的條件下，以溫度為主，海拔、地貌、土壤類型為輔，將貴州稻田土壤劃分為6個一級分區。Ⅰ區為

丘陵河谷滲育型水稻土區、Ⅱ區為低山丘陵河谷淹育型水稻土區、Ⅲ區為低山丘陵河谷潴育型水稻土區、Ⅳ區為低中山丘陵潴育、滲育型水稻土區、Ⅴ區為中山丘陵滲育型水稻土區、Ⅵ區為高原丘陵滲育型水稻土區。在一級分區的基礎上增加土壤養分等級指標，從土壤的氮、磷、鉀的空間差異性中劃分9個出稻田土壤養分管理分區，將耕地較細劃分成9個二級分區, 其中Ⅰ區、Ⅲ區和Ⅳ區分別為2個，其余各區1個。可見，依據不同劃分的結果不一致，分區的側重點也不一樣，但結果并不沖突，均能從不同角度闡述貴州省耕地土壤的類型和功能，并為日后作物的種植尤其是水稻種植提供依據。

4 結 論

研究結果表明，貴州地形地貌復雜、立體氣候明顯，以縣或鄉鎮為界限來進行分區劃分不能很好的反應出稻田土壤的差異性。因此本次研究在求大同、存小異以行政村為界打破縣、鄉鎮行政界線的條件下，將貴州分繁復雜的有效積溫、地形地貌、土壤類型、土壤養分等進行有序的歸類，進行水稻養分管理分區劃分。以地形地貌、水稻土類型分布、有效積溫、海拔為分區指標將貴州稻田土壤劃分為6個一級分區，在一級分區的基礎上加入土壤養分指標劃分 9個土壤養分管理分區。從而為建立不同地區水稻施肥指標體系，進行合理科學的施肥推薦奠定了基礎。

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ManagementSubareaofPaddySoilNutrientsBasedonGISinGuizhou

TONG Qian-qian, LI Li-jie, ZHAO Ze-ying*, SUN Chang-qing, SHU Tian, PENG Zhi-liang

(Guizhou Institute of Agricultural Science and Technology Information, Guizhou Guiyang 50006, China)

【Objective】This paper aims to rationally manage paddy soil nutrients, provide the scientific basis for rational fertilization in rice production and realize high production and high efficiency of rice production in Guizhou.【Method】The paddy soil nutrient management subarea is divided by taking accumulated temperature, elevation, topography, soil type and soil nutrient as subarea indexes and using the second-grade subarea method based on GIS technology. 【Result】 The paddy soil is divided into six first-grade subareas according to the subarea indexes of topography, paddy soil type, effective accumulated temperature and elevation and nine soil nutrient management subareas are divided according to soil nutrient indexes based on the first-grade subarea results in Guizhou. 【Conclusion】 The complex effective accumulated temperature, topography, soil type and soil nutrient are orderly classified by planning management subarea of paddy soil nutrients in Guizhou.

GIS; Paddy field; Soil nutrient; Subarea; Guizhou

1001-4829(2017)12-2727-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.019

2017-07-21

貴州省農業科學院研究生科研創新基金項目“基于GIS的水稻土壤養分豐缺指標數據庫建設”[黔農科合(創新基金)2012009]

童倩倩(1986-)，女，貴州遵義人，助理研究員，碩士，從事農業信息技術研究，E-mail：172899499@qq.com；*為通訊作者：趙澤英,E-mail: 605538133@qq.com。

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(責任編輯聶克艷)